-
-
Kühlsegment zur Flüssigkeitskühlung des Ständerblechpaketes elektrischer
Maschinen, insbesondere von Turbogeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf ein
Kühlsegment zur Flüssigkeitskühlung des Ständerblechpaketes elektrischer Maschinen
gemaß Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein solches Kühlsegment ist durch die DE-OS 17 63 579 bekannt. Es
ist einflutig, d. h. es weist einen einzigen internen Kühlzweig auf, welchen die
Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, mäanderförmig von einem Eintrittsstutzen über
den Rückenbereich, durch den Zahnbereich und wieder über den Rückenbereich zurück
bis zu einem Austrittsstutzen durchßtrönt. Das betreffende Kühlsegient kann bezüglich
der Kühlwasserversorgungs- und -entsorgungsleitungen mit den anderen Kühlsegmenten
des betreffenden kühlringes in Reihe, parallel oder reihen-parallelgeschaltet sein.
Aber selbst bei Parallelschaltung ist der Kühlmitteldurchsatz bedingt durch den
Strömungswiderstand des Kühlzweiges eines Kühlsegmentes begrenzt.
-
Dieses bekannteKühlsegment reicht deshalb hinsichtlich
seiner
Kühlleistung nicht zur Kühlung von hoch ausgenutzten Turbogeneratoren der 2000 MW-Klasse
aus, bei denen aufgrund steigender Zusatzverluste in den Ständerwickelkopfräumen
sich die benachbarten Blechpaketdruckplatten und Blechpaketendzonen stärker erwärmen
und einer intensiveren Kühlung bedürfen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kühlsegment der eingangs
definierten Art so auszubilden, daß mit ihm eine intensivere Kühlung des Ständerblechpaketes,
inab. seiner Blechpaketdruckplatten und seiner Blechpaketendzonen, erreichbar ist.
Insbesondere soll diese intensiverte Kühlung mit einem einzigen Zulaufstutzen und
einem einzigen Ablaufstutzen pro Kühlsegment erreichbar sein, so daß sich trotz
gesteigerter Kühlleistung ein Minimum an Anschlußverbindungen für Versorgungs- und
Entsorgungsleitungen ergibt.
-
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Kühlsegment der
eingangs definierten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist insbesondere in dar Mehrflutigkeit
der Kühl zweige bei Jeweils ainem Zulauf- und Ablaufanschlußstutzen pro Eühlsegment
zu sehen.
-
Eine besonders intensive Kühlung läßt sich mit der Ausführung nach
Anspruch 2 erreichen, die insbesondere für den Druckplattenbereich geeignet ist.
Im weiter entfernt davon liegenden 3ereich kann eine zweiflutige anstelle einer
dreiflutigen Ausführung gemäß Anspruch 3 verwendet werden. Weitare vorteilhafte
Weiterbildungen des Gegenstands nach dem Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen
4 bis 9 beschrieben.
-
Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in welcher ein
Ausführungsbeispiel
und zwei Lösungsvarianten dargestellt sind, der Anmeldungsgegenstand näher beschrieben
und die Wirkungsweise erläutert.
-
Es zeigen in vereinfachter Darstellung unter Fortlassung der für das
Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile: Fig. 1 einen Längsachnitt
durch das Ständerblechpaket eines Turbogenerators im Druckplatten und Endzonenbereich,
wobei 1 ühlsegment näher dargestellt ist; Fig. 1a die Einzelheit A aus Fig. 1 vergrößert
im Deteil; Fig. Ib eine Variante zur Segmentausbildung nach Fig. 1a; Fig. 2 die
Draufsicht auf die Innenfläche eines dreiflutigen Kühlsegment-Unterteils bei abgenommenem
Oberteil, wobei die Kanalführung im Bereich des Segmentvorsprunges (Anschluß- und
Verteilerkopfstück) lediglich durch Pfeile schematisch angedeutet ist; Pig. 3 die
Draufsicht in Blickrichtung III der Fig. 4 auf ein komplettes Anschluß- und Verteilerkopfstück
für ein Kühlaegment-Unterteil gemäß Fig. 2, vergrößert im Detail; Fig. 4 den Teilschnitt
nach der Linie IV-IV aus Fig. 3 (Eintrittsstutzenbereich); Fig. 5 den Teilschnitt
nach Linie V-V aus Fig. 3 (Austrittestutzenbereich); Fig. 6 in perspektivischer
Darstellung den Bereich des Segmentvorsprunges mit dem Anschluß- und Verteilerkopf-
stück
eines Kühlsegmentes im zerlegten Zustand, wobei der Verlauf der Kühlkanäle im Unter-
und Oberteil ftir den Zahnbereich im Ausschnitt angedeutet ist, und Fig. 7 schematisch,
aber im übrigen in einer Darstellungsart wie Fig. 2, die zweiflutige Variante eines
Eühlsegmentes.
-
Das in Fig. 1 dargestellte Kühlsegment 1 dient zur Blüssigkeitskühlung
des Ständer-Blechpaketes 2 einer elektrischen Maschine. Insbesondere handelt es
sich dabei um eine Hochleistungsmaschine, d. h. einen hoch ausgenutzen Turbogenerator,
dessen Wirkleistung im Bereich 1000 bis 2000 MW oder sogar darüber liegen kann.
Die einzelnen Bleche 2a des Blechpaketes 2 sind mittels Druckplatten 3 an den Patketenden,
von denen nur eine ersichtlich ist, mittels bei 4 angedeuteter axialer Spannbolzen
zum Blechpaket zusammengespannt. Das Kühlsegment 1 ist mit anderen gleichartig ausgebildeten
in Umfangsrichtung zu einem Kühlring aneinanderreihbar und in entsprechende achsnormale
8palte 5 zwischen den Teilblechpaketen 2.1, 2.2, 2.3 usw. eingefügt, so wie es z.
-
B. in der DE-CS 17 63 579 naher beachrieben iat. D. h., die Kühlsegmente
1 bzw. Kühlrings werden beim Schichten des Blechpaketes in bestimmten Abständen
im Bereich der Endzonen o eingeschichtet, so daß sie mit ihren planen Außenflächen
einen großflächigen, unter axialer Pressung stehenden Kontakt bilden, damit ein
guter Wärmeübergang erzielt wird. Im Druckplatten- und Endzonenbereich 6 sind die
Bleche 2a, das Kühlsegment 1 und die Druckplatte 3 mit einem in axialer Richtung
zu den Stirnseiten hin vom Innendurchmesser D1 des Ständerblechpaketes abgestuft
größer werdenden Innendurchmesser versehen bis zum größten Innendurchmesser D2 der
Druckplatte 3. Diese Ausbildung dient der Reduzierung der Stirnstreufeldverluste.
-
Fig. 1 zeigt in Verbindung mit Fig. 2, daß das Eühlsegment 1 einen
ii wesentlichen mit dem Elechpaketschnitt deckungsgleichen Grundriß aufweist mit
Aussparungen 7 an den beiden Enden seines Außenumfanges, wo die Schichtbalken axial
hindurchragen, und daß es seinen Blechpaketsektor mit Rückenbereich 1a und Zahnbereich
Ib überstreichende interne Kühlkanäle 8 sowie einen als Ganzes mit 9 bezeichneten
Segmentvorsprung aufweist, der zur Ausbildung eines Anschluß- und Verteilerkopfstückes
K, im folgenden abgekürzt als Kopfstück bezeichnet, mit Zulauf- und Ablaufanschlüssen
dient, wobei in Fig. 1 von den Anschlüssen lediglich einer ersichtlich ist.
-
An das Kopfstück K sind Versorgungs- und Entsorgungsleitungen für
die Kühlflüssigkeit anschließbar, von denen in Fig. 1 eine solche Leitung 10 mit
Überwurfmutter 11 ersichtlich ist. Die Uberwurfmutter ist auf einen Anschlußstutzen
12 des Kopfstückes K dichtend aufgeschraubt. Jedes Kühlsegment 1 besteht aus den
beiden Segmentteilen 1.1 und 1.2, die mit ihren die Kühlkanäle 8 ungebenden planen
Innenflächen (siehe Fig. 2) dichtend zusammengefügt sind.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Segmentteil 1.1 wird im folgenden als Unterteil
bezeichnet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die internen Kühlkanäle 8 des Eühlsegments
1 so angeordnet bzw. eingearbeitet sind, daß mehr als ein Kühlzweig Z gebildet ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kühlsegment 1 dreiflutig,
d. h. es enthält drei einander parallel geschaltete Kühlzweige Z1, Z2 und Z3, deren
jeder einen Zulaufkanal v und einen Rücklaufkanal r aufweist, die entsprechend den
Kühlzweigen mit v1, v2, v3 und rl, r2, r3 bezeichnet sind. Das Kühlwasser strömt,
wie es die Pfeile f andeuten, in den Jeweiligen Kühlzweig Z über das in Fig. 2 lediglich
schematisch angedeutete Kopfstück K und über den Zulaufkanal v im wesentlichen ra-
dial
einwärts vom Außenumfang des Kühlsegments 1 über den Rückenbereich 1a bis zum Zahnbereich
Ib bis zu einem nahe der Zahnspltze gelegenen Umlenkpunkt 13 und von da durch den
Rücklaufkanal r radial auswärts vom Zahnbereich Ib über den Rückenbereich 1a zurück
zum Kopfstück K.
-
Hierbei sind die einzelnen Eühlzweige Z1 bis Z3 etwa haarnadelförmig
gestaltet und in tangentialer Richtung, wie es Fig. 2 zeigt, so aufgefächert, daß
im wesentlichen die gesamte Grundfläche des Kühlsegments 1 durch die Zweige erschlossen
wird, wobei im Zahnbereich Ib die Eühlkanalgrundfläche im Vergleich zur Segmentgrundfläche
wesentlich größer ist als im Rückenbereich 1a, weil im ersteren eine besonders intensive
Kühlung erzielt werden soll.
-
Die Ausbildung des Kopfstückes K ist aus den Fig. 3 bis 5 näher ersichtlich,
wobei im folgenden zunächst auf Fig. 6 Bezug genommen wird. Die beiden Segmentteile
1.1 und 1.2 (im folgendenals Unterteil und als Oberteil willkürlich benannt) weisen
die beiden über die Blechpaketaußenkontur 14 radial nach außen vorstehenden Segmentvorsprunghälften
9.1 und 9.2 auf, die eine etwa trapezförmige Grundiläche mit abgerundeten Ecken
haben und von der Außenfläche 9.0 und den beiden von der Blechpaketaußenkontur !4
verJüngend abgeschrägt zur Außenfläche 9 Verlauf enden seitlichen Begrenzungsflächen
9a und 9b gebildet werden. Dan Segmentteilvorsprüngen 9.1 und 9.2 entsprechen im
wesentlichen in ihrer Kontur mit einer etwas kleineren Grundfläche die beiden Kopfplatten
1.3 und 1.4, welche Jeweils eine Kammeraussparung 15 bzw. 16 aufweisen und plane,
die Kammeraussparungen 13, 16 begrenzende dicht ende Paßflächen 17, mit denen sie
auf entsprechende Gegenflächen an den Außenseiten der Segmentteilvorsprünge 9.1
und 9.2 dichtend aufsetzbar sind. Die untere Kopfplatte 1.3 weist einen dichtend
eingeschraubten bzw. angeformten Zulaufstutzen 12v auf, der in die Zulauf-
kammer
15 mündet. 8ie weist einen dichtend eingeschraubton oder angeformten Ablaufstutzon
12r auf, welcher hydraulisch von der Zulaufkammer 15 getrennt ist und statt dessen
zusammen mit axial fluchtenden Durchgangsbohrungen 18.1 und 18.2 im Unterteil 1.1..und
im Oberteil 1.2 dann, wenn die Teile 1.1 bis 1.4 zusammengefügt sind, einen axialen
Durchgangskanal bildet, welcher in die als Ablaufkammer dienende Kammeraussparung
16 der oberen Kopfplatte 1.4 mündet.
-
In die einander zugekehrten Innenseiten 1.10 und 1.20 von Unterteil
1.1 und Oberteil 1.2 sind die Zulaufkanäle v1, v2 und v3 und die Rücklaufkanäle
r1, r2 und r3 der Jeweiligen Kühlzweige Z1, Z2 und Z3 in Form von einander zugewandten
halboffenen und zueinander kongruenten Kübikanalnuten so eingeformt bzw. eingearbeitet,
daß sich von den Zulauf-Enden v10, v20, v30 über die Zulaufkanäle v1, v2 und v3,
über die im Zahnbereich Ib radial innenliegenden Umlenkstellen 13, dann über die
radial nach außen führenden Rücklaufkanäle r1, r2 und r3 bis hin zu den Ablauf-Enden
r10, r20, r30 Jeweils durchgehende Kühlzweige Z1, Z2, Z3 ergeben; d. h., der Zulaufkanal
v1 kommuniziert über die Umlenkstelle 13 mit dem RücklauSkanal r1, der Zulaufkanal
v2 kommuni ziert über die Umlenkstelle 13 mit dem Rücklaufkanal r2 und eo weiter.
Ansonsten besteht keine hydraulische Verbindung zwischen den Zulauf- und Rücklaufkançlen
eines Euhlzweiges. Ebenso sind die Kühlzweige Z1, Z2 und Z3 voneinander hydraulisch
getrennt, bis auf den Bereich des Kopfstückes K, wo nämlich die Zulauf-Enden v10,
v20 und v30 über die ihnen jeweils zugeordneten, den Unterteil axial durchdringenden
Eintrittsöffnungen V und die allen Eintrittsöffnungen V gemeinsame Zulaufkammer
15 miteinander kommunizieren. Dementsprechend münden die Ablauf-Enden r10, r20 und
r30 der Rücklaufkanäle r1, r2, r3 über die ihnen zugeordneten Austrittsöffnungen
R,
welche von der Innenseite zur Außenseite des Oberteils axial
hindurchtreten, in die allen Austrittsöffnungen R gemeinsame Austrittskammer 16.
Man könnte daran denken, an die obere Kopfplatte 1.4 einen Austrittsstutzen anzuschließen;
günstiger ist es Jedoch, wie dargestellt, wenn die untere Kopfplatte 1.3 die externen
Zulauf- und AblaufanschluBstutzen 12v und 12r aufweist, wobei dann von der Ablaufkammer
16 der den Unterteil und den Oberteil 18.1 und 18.2 axial durchdringende Durchgangskanal
18 mit den Durchgangsbohrungen 18.1 und 18.2 bis hin zum Ablaufstutzen 12r führt.
In diesem (dargestellten) Falle können die armierten Schlauchleitungen von einer
Stirnseite des Kopfstückes E bzw. der Kühlsegmente 1 angeschlossen werden, wie es
Fig. 1 verdeutlicht, nämlich von der der Druckplatte 3 abgewandten Seite her, was
eine gute Zugänglichkeit bei bequemer Montage ermöglicht.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn Zulauf- und Ablaufkazmar 15,
16 hinsichtlich ihrer Funktionen vertauscht werden und dementsprechend auch die
Zulauf- und Ablaufanschlußstutzen 12v und 12r. In üblicher Weise sind die nicht
sichtbaren Ausnehmungen bzw. halb offenen, als Ganzes mit 8 bezeichneten Nuten für
die Rücklaufkanäle r1, r2 und r3 im Kopfstück K und für die Zulaufkanäle v1, v2
und v3 im Kopfstück E lediglich strichpunktiert angedeutet. Beim Zusammenbau eines
Eühlsegmentes 1 werden Unterteil 1.1 und 1.2 mit ihren Kanalnuten 8 und Durchgangsbohrungen
18.1, 18.2 genau deckungsgleich zusammengespannt, derart, daß die Innenflächen 1.10
und 1.20 als Paßflächen satt und dichtend aufeinanderliegen, wobei dann längs der
aneinanderliegenden umlaufenden Kante 19.1 und 19.2 eine Verbindungs- und Dichtschweißnaht
gezogen wird. Gleichzeitig oder anschließend mit dem Zusammenspannen von Unterteil
18.1 und 18.2 kann das Zusammenspannen und Verbindungssciiweißen der Kopfplatten
1.3 und 1.4 längs der Kanten 17a erfolgen. Dazu bestehen Unterteil 1.1, Oberteil
1.2 und
die beiden Kopfplatten 1.3 und 1.4 aus schweißfähigem Stahl,
der im übrigen unmagnetisch ist mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit, um die
Wirbelstromverluste auf ein Minimum zu reduzieren. Die Teile 1.1 bis 1.4 können
auch aus anderen unmagnetischen Metallen, insb. aus Aluminium oder Kupfer, bestehen,
sofern sie schweißbar oder lötbar sind.
-
Statt einer Schweißung kann man also auch die Teile 1.1 bis 1.3 löten
und dazu im Bereich der Paßflächen eine großflächige, dichtende Lötverbindung vorsehen,
die durch induktive Erwärmung im Vakuum hergestellt wird.
-
In Fig. 6 ebenso wie in den Fig. 3 bis 5 ist die Kühlmitteiströmung
durch die Pfeile f verdeutlicht. Fig. 3 bis 5 zeigen das Kopfstück im zusammengebauten
Zustand, gleiche Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Die Fig. 4 und 5 sind
nach der vorstehenden Erläuterung der Fig. 6 ohne weiteres verständlich; zusätzlich
bezeichnet sind mit 20 die Durchgangsbohrungen der Anschlußstutzen 12v und 12r,
mit 21 ihr Außengewinde zum Aufschrauben von aus Fig. 1 ersichtlichen Uberwurfmuttern
11 zum dichtenden Anschluß der Versorgungs- und Xntsorgungsleitungen 10. SchweiB-
bzw. Lötstellen sind der Einfachheit halber in Fig. 3 bis 5 nicht gezeigt. Aus Fig.
3 sind die Begrenzungslinien der Zulaufkammer 15 und der Ablaufkammer 16 mit ausgezogenen
Linien bzw. gestrichelt erkennbar, ebenso sind gestrichelt angedeutet die Eintrittsöffnungen
V und die Austrittsöffnungen R für die jeweiligen Zulauf- und Rücklaufkanäle; beim
Zulauf- und beim Ablaufanschlußstutzen 12v und 12r in Fig. 3 ist durch die eingezeichnete
Pfeilspitze bzw. den Pfeil schwanz die Strömungsrichtung des Kühlmittels erkennbar.
Im übrigen sieht man aus Fig. 3 bis 5, daß die Grundfläche der Segmentvorspriinge
9.1 und 9.2 um den überstehenden Rand 9c größer ist als die
Grundfläche
der Kopfplatten 1.3 und 1.4.
-
Fig. 1, 1a und 2 bis 6 beziehen sich auf ein Ausführungabeispiel,
bei dem Unterteil 1.1 und Oberteil 1.2 im wesentlichen gleichartig aufgebaut sind
und die halboffenen Kühlkanalnuten 8 an ihren Innenseiten aufweisen.
-
Der Schnitt nach Fig. 1 und dementsprechend der Schnitt nach Fig.
1a liegen in einer Axialebene, wo sie auch im Zahnbereich einen Kühlkanal (es kann
ein Zulauf- oder ein Rücklaufkanal sein) anschneiden. Eine Variante zeigt demgegenüber
Fig. 1b, bei welcher die die erforderlichen (dort nicht dargestellten) Durchgangsbohrungen
aufweisenden Kühlsegmentteile 1.1' und 1.2' aus Unterteil und Oberteil verschiedener
Dicke bestehen, wobei das willkürlich als Unterteil bezeichnete dickere Segmentteil
1.1' an seiner Innenfläche allein die Eühlkanäle enthält und das demgegenüber dünner
als Deckel ausgeführte Oberteil 1.2' mit seiner planen Paßfläche bzw. seinen Paßflächen
dichtend auf die außerhalb der Kühlkanäle stehengebliebenen Gegenpaßflächen des
Unterteils 1.1' aufgesetzt ist. Die Ausbildung des Kopfstückes K würde bei einer
solchen Segmentausführung sinngemäß zu Fig. 6 aussehen.
-
Fig. 7 zeigt noch eine zweite Variante des Ausführungs beispiela,
bei welcher eine geradzahlige Anzahl von Zahnteilungen t, und zwar vier, die im
einzelnen mit t1, t2, t3 und t4 bezeichnet sind, und dementsprechend vier Zahne
T mit drI ganzen Nutenbreiten N und zwei halben Nutbreiten N/2 vom Kühlsegment 1*
überstrichen werden.
-
Die Zähne T bzw. Zahnteilungen t werden paarweise von je einem Kühlzweig
Z1* bzw. Z2* erschlossen, deren Zulaufkanäle wieder mit v1, v2 und deren Rücklaufkanäle
mit r1 und r2 bezeichnet sind. Wie durch die Pfeile f* erkennbar, sind die Zulaufenden
der Zulaufkanäle v1, v2 getrennt voneinander mit entsprechenden Eintritts-
öffnungen
V ausgeführt, wogegen die Rücklaufkanäle rl, r2 im Bereich ihrer Ablauf enden zusammengeführt
sind und in eine gemeinsame Austrittsöffnung R* münden. Die Aubildung des Koptstückes
K gestaltet sich deshalb etwas einfacher (nicht dargestellt). Bei 4 ist wiederum
eine Durchgangabohrung für einen axialen Zuganker angedeutet. wie bereits eingangs
erwahnt, kann die zweiflutige Kühlsegmentausführung nach Fig. 7 an einer solchen
Stelle des Gtänderblechpaketes in den achsnormalen Kühlspalt eingebaut werden, wo
die abzuführende Verlustwärmemenge etwas geringer ist als im Bereich der Enddruckplatten
3. Dies kann z. B. im Bereich des achsnormalen Spaltes 5* der Fall sein, der von
der Druckplatte 3 3 weiter entfernt ist als der Spalt 5. (Siehe Fig.
-
1).